Ugljen u svojim različitim modifikacijama može imati boju od smeđe do crne. Dobro je gorivo pa se koristi u pretvorbi toplinske energije u električnu. Nastaje kao rezultat nakupljanja biljne mase i prolaska fizičkih i kemijskih procesa u njoj.
Razne modifikacije ugljena
Nakupljanje drvne mase u močvarnom tlu dovodi do stvaranja treseta, koji je preteča ugljena. Formula treseta je prilično komplicirana, osim toga, ne postoji specifičan stehiometrijski omjer za ovu vrstu ugljena. Suhi treset se sastoji od atoma ugljika, vodika, kisika, dušika i sumpora.
Dalje, treset pod dugotrajnom izloženošću visokoj temperaturi i visokim pritiscima koji nastaju tijekom geoloških procesa, prolazi kroz niz sljedećih modifikacija ugljena:
- Mrki ugljen ili lignit.
- Bitumen.
- ugljen.
- antracit.
Krajnji proizvod ovog lanca transformacija je tvrdi grafit ili ugljen sličan grafitu, čija je formula čisti ugljik C.
karbonsko drvo
Prije oko 300 milijuna godina, tijekom razdoblja karbona, većina zemlje našeg planeta bila je prekrivena divovskim šumama paprati. Postupno su te šume izumrle, a drvo se nakupilo u močvarnim tlima na kojima su rasle. Velika količina vode i prljavštine stvarala je prepreke za prodor kisika, pa se mrtvo drvo nije raspadalo.
Dugo je vrijeme novo mrtvo drvo prekrivalo starije slojeve, čiji su se tlak i temperatura postupno povećavali. Povezani geološki procesi na kraju su doveli do stvaranja naslaga ugljena.
Proces karbonizacije
Izraz "karbonizacija" odnosi se na metamorfnu transformaciju ugljika povezanu s povećanjem debljine slojeva drveća, tektonskim pokretima i procesima, kao i povećanjem temperature ovisno o dubini slojeva.
Povećanje tlaka prvenstveno mijenja fizička svojstva ugljena čija kemijska formula ostaje nepromijenjena. Osobito se mijenja njegova gustoća, tvrdoća, optička anizotropija i poroznost. Povećanje temperature mijenja samu formulu ugljena prema povećanju sadržaja ugljika i smanjenju kisika i vodika. Ovi kemijski procesi dovode do povećanja karakteristika goriva ugljena.
ugljen
Ova modifikacija ugljena je vrlo bogata ugljikom, što dovodi do visokog koeficijenta prijenosa topline i dovodi do njegove upotrebe u energetskoj industriji kao glavnog goriva.
Formula ugljena se sastoji odbitumenske tvari čija destilacija omogućuje ekstrahiranje aromatičnih ugljikovodika i tvari poznate kao koks, koja se široko koristi u metalurškim procesima. Osim bitumenskih spojeva, u ugljenu ima dosta sumpora. Ovaj element je glavni izvor onečišćenja zraka izgaranjem ugljena.
Ugljen je crn i gori polako, stvarajući žuti plamen. Za razliku od mrkog ugljena, njegova kalorijska vrijednost je veća i iznosi 30-36 MJ/kg.
Formula ugljena je složenog sastava i sadrži mnoge spojeve ugljika, kisika i vodika, kao i dušika i sumpora. Takva raznolikost kemijskih spojeva bila je početak razvoja cijelog smjera u kemijskoj industriji - karbokemije.
Trenutno je kameni ugljen gotovo zamijenjen prirodnim plinom i naftom, ali i dalje postoje dvije važne namjene:
- glavno gorivo u termoelektranama;
- izvor koksa dobivenog izgaranjem kamenog ugljena bez kisika u zatvorenim visokim pećima.
